CN113404531B - 一种无煤柱开采中再造破断顶板结构的采空区充填方法 - Google Patents

一种无煤柱开采中再造破断顶板结构的采空区充填方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种无煤柱开采中再造破断顶板结构的采空区充填方法，方法包括进行三个充填体的充填准备工作；在进行3号充填体准备工作时对1号采空区充填管进行两次泵送高盐水矸石胶结材料；进行下一充填体的准备工作的同时，对2号采空区充填管开始进行两次充填泵送高盐水矸石胶结材料；采用钻机从1号采空区充填管位置向采空区打长距离钻孔，通过1号采空区充填管开始泵送高盐水细浆，直至将高盐水细浆完全充入采空区，停止泵送，清洗管路；重复上述步骤直至整个工作面回采结束。保证沿空留巷上方的关键块B不发生破断，使得工作面端头弧形三角块向采空区内部延伸，形成新的O‑X破断形态，保证采空区一致缓慢下沉以及降低危及隔离墙体的程度。

Description

一种无煤柱开采中再造破断顶板结构的采空区充填方法
技术领域
本发明属于采空区充填技术领域，尤其涉及一种无煤柱开采中再造破断顶板结构的采空区充填方法。
背景技术
目前随着对矿产资源的开采力度的加大，导致煤矿资源的开采逐渐向精细化、可持续型以及绿色化方向发展，因此以沿空留巷、沿空掘巷以及110工法等无煤柱开采的巷道开采布置形式成为矿井选择最为合理的一种方式。而无煤柱开采中，由于用于隔离采空区留设的墙体(窄煤柱或者巷旁充填体)通常较窄，若采空区未能及时充分垮落，势必会形成应力集中效应，进而危及隔离墙体，故应该最大程度使采空区垮落充分或者一致缓慢下沉。正如目前已存在的有关无煤柱开采中顶板的垮落形态，即为“O-X”破断形态，这必然导致关键块B旋转下沉集中作用于隔离墙体，进而危及隔离墙体。
针对上述问题，本发明提供一种无煤柱开采中再造破断顶板结构的采空区充填方法，旨在通过采空区充填达到无煤柱开采中常规O-X顶板破断形态的二次破断，形成新的O-X破断形态，保证采空区一致缓慢下沉以及降低危及隔离墙体的程度。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种无煤柱开采中再造破断顶板结构的采空区充填方法。
一种无煤柱开采中再造破断顶板结构的采空区充填方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1、沿空留巷作业工人完成1号充填体的立模、预埋1号采空区充填管、巷旁充填、充填设计位置和充填空间及充填用料量计算；
步骤2、沿着工作面开采方向移动挡矸支架，沿空留巷作业工人完成2号充填体的立模、预埋2号采空区充填管、巷旁充填、充填设计位置和充填空间及充填用料量计算工作；
步骤3、继续沿着工作面开采方向移动挡矸支架，沿空留巷作业工人完成3号充填体的立模、预埋3号采空区充填管和巷旁充填、充填设计位置和充填空间及充填用料量计算工作，同时，根据对1号充填管进行的充填空间的计算结果，采空区矸石胶结充填作业工人将矸石胶结充填管路连接到1号采空区充填管，开始泵送高盐水矸石胶结材料，达到一次充填设计位置时，继续加压，当达到二次充填设计位置时停止采空区的充填工作；
步骤4、继续沿着工作面开采方向移动挡矸支架，沿空留巷作业工人完成下一充填体的立模、预埋采空区充填管、巷旁充填、充填设计位置和充填空间及充填用料量计算工作；同时，采空区矸石胶结充填作业工人将矸石胶结充填管路连接到2号采空区充填管上，开始泵送高盐水矸石胶结材料，达到一次充填设计位置时，继续加压，当达到二次充填设计位置时，停止采空区的充填工作；
步骤5、采用钻机从1号采空区充填管位置向采空区打长距离钻孔，对1号采空区充电管进行复孔，钻孔施工完成以后，将充填管路再次连接到1号采空区充填管上，开始泵送高盐水细浆，直至将高盐水细浆完全充入采空区，停止泵送，清洗管路；
步骤6、按照步骤3-5的推进顺序依次进行充填，直至作业至整个工作面回采结束。
进一步地，步骤3中所述一次充填位置所需高盐水矸石胶结材料用量为：
V1＝l×(m+h1-kph1)×L3
式中：V1—关键块B二次破断前悬露下方充填空间，m3；
l—工作面每天推进距离，m；
m—采高，m；
kp—直接顶碎胀系数；
h1—直接顶厚度，m；
L3—关键块B二次破断前侧向悬露距离，m。
进一步地，步骤3中所述二次充填设计位置所需高盐水矸石胶结材料用量为：
Figure BDA0003120676260000021
式中：V2—二次破断新的关键块B旋转下沉后充填空间，m3；
l—工作面每天推进距离，m；
m—工作面采高，m；
kp—直接顶碎胀系数；
h1—直接顶厚度，m；
L2—基本顶在侧向断裂跨度，m。
有益效果：在工作面推进后及时构建采空区隔离墙体(即巷旁充填体或者窄煤柱)，为采空区充填提供施工空间和止浆墙。而后向采空区关键块B悬露范围内进行两次高盐水矸石胶结充填和一次高盐水细浆充填，充分接顶并提供一定的支撑阻力，保证沿空留巷上方的关键块B不发生破断，使得工作面端头弧形三角块向采空区内部延伸，形成新的基本顶“O-X”破断形式，保证采空区一致缓慢下沉以及降低危及隔离墙体的程度。
附图说明
图1为本发明采空区充填工艺接替顺序示意图
图2为沿空留巷顶板运动特征平面图
图3为图2A-A剖面图
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
一、发明原理：
在无煤柱开采期间，随着工作面不断向前推进，直接顶首先发生垮落，一般情况下直接顶强度相对较低，且随采随垮，垮落后的岩体破碎程度好，散乱堆积。基本顶发生初次破断后，随着工作面继续向前推进，裂隙带岩层形成的结构将始终经历“稳定-失稳-再稳定”的变化，基本顶发生周期性的破断。基本顶周期性破断后的岩块沿工作面方向形成砌体梁结构，在工作面两端头破断形成弧形三角块12，如图2所示。
在工作面推进后及时构建采空区隔离墙体14(即巷旁充填体或者窄煤柱)，为采空区充填提供施工空间和止浆墙。而后向采空区关键块B16悬露范围内进行高盐水矸石胶结充填，充分接顶并提供一定的支撑阻力，保证沿空留巷上方的关键块B16不发生破断，使得工作面端头弧形三角板向采空区内部延伸，形成新的基本顶“O-X”破断形式，如图2-3所示。
值得说明的是，为了更为精确地保证无煤柱开采充填顶板再次破断成图2所示的形态，需对采空区充填空间进行预先计算，进而得到所需充填材料的量。
(1)关键块B二次破断前采空区充填空间
V1＝l×(m+h1-kph1)×L3 (1)
式中：V1—关键块B16二次破断前悬露下方充填空间，m3；
l—工作面每天推进距离，m；
m—采高，m；
kp—直接顶碎胀系数；
h1—直接顶厚度，m；
L3—关键块B16二次破断前侧向悬露距离，m。
(2)二次破断新的关键块B17旋转下沉后充填空间
构建高水材料巷旁充填体和采空区关键块B悬露空间及时进行高盐水矸石胶结充填，并具有一定的支撑阻力后，使得端头基本顶关键块B16在一次充填过程中不发生二次破断，弧形三角板位置向采空区内移动。新的弧形三角板13在采空区内发生破断后，回转触矸，形成新的三角形充填空间。此时，新的弧形三角块触矸后与采空区直接顶碎胀的矸石所在的平面及采空区一次充填墙体形成的空间呈三角形(图2所示)，将其简化为直角三角形，形成的充填空间为：
Figure BDA0003120676260000041
式中，V2—二次破断新的关键块B旋转下沉后充填空间，m3；
l—工作面每天推进距离，m；
m—工作面采高，m；
kp—直接顶碎胀系数；
h1—直接顶厚度，m；
L2—基本顶在侧向断裂跨度，m。
通过一次充填和二次充填空间的计算结果，进行充填，进而达到无煤柱开采中再造顶板O-X破断形态。
一种无煤柱开采中再造破断顶板结构的采空区充填方法：
(1)沿空留巷作业1班工人在沿空留巷8侧在挡矸支架7的掩护下，完成1号充填体4的立模、预埋采空区充填管I12、巷旁充填、充填设计位置和充填空间及充填用料量计算工作；
(2)移动挡矸支架，沿空留巷作业2班工人在挡矸支架7的掩护下，完成2号充填体5的立模、预埋采空区充填管II2、巷旁充填、充填设计位置和充填空间及充填用料量计算工作；
(3)移动挡矸支架7，沿空留巷作业1班工人在挡矸支架7的掩护下，完成3号充填体6的立模、预埋采空区充填管III3、巷旁充填、充填设计位置和充填空间及充填用料量计算工作；同时，采空区矸石胶结充填作业1班的工人将矸石胶结充填管路连接到I号采空区充填管上，开始泵送高盐水矸石胶结材料，进行一次矸石胶结充填9达到一次充填设计位置，继续加压，进行二次矸石胶结充填10，当达到二次充填设计位置时停止采空区的充填工作；
(4)移动挡矸支架，沿空留巷作业2班工人在挡矸支架的掩护下，完成下一充填体的立模、预埋采空区充填管、巷旁充填、充填设计位置和充填空间及充填用料量计算工作；同时，采空区矸石胶结充填作业2班的工人将矸石胶结充填管路连接到充填管II2上，开始泵送高盐水矸石胶结材料，达到初始特定位置时，继续加压，当再次达到设定位置时，停止采空区的充填工作；此后，通过钻机从充填管I1位置向采空区打长距离钻孔，钻孔施工完成以后，将充填管路再次连接到充填管I1上，开始泵送高盐水细浆11，直至将高盐水细浆完全充入采空区，停止泵送，清洗管路。
此后重复(3)和(4)直至整个工作面回采结束。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种无煤柱开采中再造破断顶板结构的采空区充填方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1、沿空留巷作业工人完成1号充填体的立模、预埋1号采空区充填管、巷旁充填、充填设计位置和充填空间及充填用料量计算；
步骤2、沿着工作面开采方向移动挡矸支架，沿空留巷作业工人完成2号充填体的立模、预埋2号采空区充填管、巷旁充填、充填设计位置和充填空间及充填用料量计算工作；
步骤3、继续沿着工作面开采方向移动挡矸支架，沿空留巷作业工人完成3号充填体的立模、预埋3号采空区充填管和巷旁充填、充填设计位置和充填空间及充填用料量计算工作，同时，根据对1号采空区充填管进行的充填空间的计算结果，采空区矸石胶结充填作业工人将矸石胶结充填管路连接到1号采空区充填管，开始泵送高盐水矸石胶结材料，达到一次充填设计位置时，继续加压，当达到二次充填设计位置时停止采空区的充填工作；
步骤4、继续沿着工作面开采方向移动挡矸支架，沿空留巷作业工人完成下一充填体的立模、预埋采空区充填管、巷旁充填、充填设计位置和充填空间及充填用料量计算工作；同时，采空区矸石胶结充填作业工人将矸石胶结充填管路连接到2号采空区充填管上，开始泵送高盐水矸石胶结材料，达到一次充填设计位置时，继续加压，当达到二次充填设计位置时，停止采空区的充填工作；
步骤5、采用钻机从1号采空区充填管位置向采空区打长距离钻孔进行复孔，钻孔施工完成以后，将充填管路再次连接到1号采空区充填管上，开始泵送高盐水细浆，直至将高盐水细浆完全充入采空区，停止泵送，清洗管路；
步骤6、按照步骤3-5的推进顺序依次进行充填，直至作业至整个工作面回采结束。
2.根据权利要求1所述的一种无煤柱开采中再造破断顶板结构的采空区充填方法，其特征在于：步骤3中所述一次充填设计位置所需高盐水矸石胶结材料用量为：
V1＝l×(m+h1-kph1)×L3
式中：V1—关键块B二次破断前悬露下方充填空间，m3；
l—工作面每天推进距离，m；
m—采高，m；
kp—直接顶碎胀系数；
h1—直接顶厚度，m；
L3—关键块B二次破断前侧向悬露距离，m。
3.根据权利要求1所述的一种无煤柱开采中再造破断顶板结构的采空区充填方法，其特征在于：步骤3中所述二次充填设计位置所需高盐水矸石胶结材料用量为：
Figure FDA0003567532080000021
式中：V2—二次破断新的关键块B旋转下沉后充填空间，m3；
l—工作面每天推进距离，m；
m—工作面采高，m；
kp—直接顶碎胀系数；
h1—直接顶厚度，m；
L2—基本顶在侧向断裂跨度，m。
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